Детонационные двигатели и некоторые другие вопросы

[Алексей Любопытный]

В общем есть статья, которую мне не хочется искать. Противники детонационных двигателей иногда приводят её как доказательство бесперспективности детонационных двигателей. Но дело в том, что в той самой статье есть вывод, который никто не хочет читать. А в выводе написано, почему, как и что нужно делать.

[Алексей Любопытный]

При любом раскладе УИ детонационного двигателя выше чем у обычного. Споры могут лишь идти о тяге.

[blik]

Maкс пишет:
Здесь из непонимания словосочетания детонационный двигатель сразу придумано 3 ложных высказывания.
Вам надо не придумывать чепуху. А почитать про детонационный двигатель.Что это такое.

Уважаемый Максим, мой ответ был адресован Татарину. Он не является специалистом в детонационных двигателях, но его общий физико-технический уровень очень высок. Поэтому мои замечания были достаточно кратки, к тому же с мобильного устройства. Ваши высказывания не несут никакой физико-технической или инженерной информации. А Ваш уровень, судя по идее о заброски грузов на Марс астероидами, представляется спорным. А общение на уровне "сам дурак" мне не интересно.

PS вначале идея с детонационным двигателям очень понравилась, но когда стал разбираться выплыли фундаментальные нестыковки.

[blik]

Zveruga пишет:

/1. При детонации давление сгорания выше, чем при обычном горении. /

Да, но это не влияет на УИ
 

/2. Сторонники пульсивности (периодичности) детонации говорят, что общее среднее давление меньше чем пиковое. Но хочу обратить внимание, топливо горит только в момент детонации, а значит всё оно сгорает в режиме детонации при более высоком давлении чем во время обычного горения.
А раз топливо сгорает при более высоком давлении значит оно сгорает более эффективно, с более высоким УИ./
 

Нет. Значение УИ физически определяется на уровне отрыва струи от сопла. Локальные пики давления в камере сгорания значения не имеют.
Пульсационный режим (при прочих равных) только ухудшает УИ (уже показывал пример расчета). Так как  продукты сгорания вылетяют с разной энергией.

/Да какие проблемы? Давайте просто напросто вернёмся к вопросу, для чего поднимают давление в камерах сгорания?/

УИ это интегральный показатель. А непосредственно тягу создает давление газа в камере и на сопле (из принципа близкодействия). Детонация ЛОКАЛЬНО ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЯЕТ давление/энергию из одного места в другое образуя пик. Но суммарное давление будет определятся энергетикой топлива (при прочих равных), на которую локальные перераспределения в камере сгорания влияют минимально и скорее отрицательно.

[blik]

Давление сгорания,  степень расширения и полезная работа расширения не связаны жестко.
Например возьмем куб с газом. Откроем ему одновременно все стенки сдвигом в бок, как в купе поезда. Газ расширится, но полезной работы не совершит. Полезную работу может совершать только то давление расширяющегося газа, которое приложено к рабочему органу (поршню, лопатке, камере сгорания, соплу). Поэтому расширение от значения давления в детонационной волне почти не совершает полезной работы, так как детонационная волна касается стенок камеры по очень малой площади, к тому же с отвратительным углом давления. Хуже того, концентрация давления, плотности в детонационной волне уменьшает давление на стенках камеры.
Полезную работу будет совершать только расширение от значений давления по поверхности камеры сгорания и сопла.
Поэтому детонационный ЖРД перспектив не имеет.

[Алексей Любопытный]

blik пишет:
Да, но это не влияет на УИ

Значение УИ физически определяется на уровне отрыва струи от сопла

Так как продукты сгорания вылетают с разной энергией.

возьмем куб с газом

Если бы поршень двигателя двигался со сверхзвуковой скоростью, то ударная волна успевала бы совершать работу. Но поршень движется гораздо медленнее и по этой причине ударная волна повреждает поршень.

Детонация происходит при большем давлении, а значит и в меньшем объёме! Уменьшение объёма сгорания той же массы топлива позволяет увеличить мощность на тех же размерах двигателя.

[Алексей Любопытный]

Также рост давления позволяет увеличить качество прогорания топлива из-за роста вероятности столкновения молекул топлива с молекулами окислителя.

[Алексей Любопытный]

Ну и самое главное. Вот эта формула

при давлении выше 89 атмосфер или при температуре выше диссоциации молекул не работает!

По этому при значительном повышении давления растёт выход полезной работы.

[Алексей Любопытный]

И соответственно удельный импульс вычисляемый по этой формуле

растёт при увеличении температуры и давления в камере сгорания.

Вот почему УИ растёт при росте давления и температуры.

[Алексей Любопытный]

Правда я умолчал, почему не работает вот эта формула


и как именно она не работает.
На очень высоких давлениях температура от сгорания топлива растёт выше чем предсказывают традиционные формулы! Это обнаружено экспериментально. Учёные довольно продолжительное время не понимали, почему так происходит. У меня есть своё мнение, почему так происходит. Я его тут озвучивал. Потому, что фотоны возникающие в результате экзотермических реакций не уходят вхолостую, а присоединяются к молекулам продуктов сгорания.
Соответственно растёт полезная работа. Нам ведь нужен не горячий газ и свет, а только горячий газ.

[Виктор Зотов]

blik пишет:
Давление сгорания, степень расширения и полезная работа расширения не связаны жестко.
Например возьмем куб с газом. Откроем ему одновременно все стенки сдвигом в бок, как в купе поезда. Газ расширится, но полезной работы не совершит. Полезную работу может совершать только то давление расширяющегося газа, которое приложено к рабочему органу (поршню, лопатке, камере сгорания, соплу). Поэтому расширение от значения давления в детонационной волне почти не совершает полезной работы, так как детонационная волна касается стенок камеры по очень малой площади, к тому же с отвратительным углом давления. Хуже того, концентрация давления, плотности в детонационной волне уменьшает давление на стенках камеры.
Полезную работу будет совершать только расширение от значений давления по поверхности камеры сгорания и сопла.
Поэтому детонационный ЖРД перспектив не имеет.

А как дела с кпд детонационного двигателя  на ваш взгляд, взгляд специалиста?

[blik]

Виктор Зотов пишет:
А как дела с кпд детонационного двигателя на ваш взгляд, взгляд специалиста?

Не являюсь специалистом по ДЖРД. Но КПД (и УИ, который однозначно связан с КПД для ЖРД) будет плохой, так как ко всем недостаткам обычных ЖРД добавятся недостатки детонационной схемы - толстые стенки, повышенный теплообмен в цилиндрической камере и пр. 
С другой стороны, если разработчикам удастся повторить результат на воздушной смеси, то это будет значительный прорыв в ГПВРД, у которого большая проблема со скоростью сгорания.
Допустим поток проходит в двигателе со скоростью 12М ~ 4км/с. То длина камеры сгорания = 4км/сек/20кГц=0,2м=20см. Проблема со скоростью сгорания в ГПВРД будет решена полностью.
Так что аэрокосмическая система может оказаться гораздо ближе к реальности, чем многим (в том числе и мне) казалось. Вояки правда могут оторвать с руками раньше.
Именно благодаря разработчикам этого устройства.

[Алексей Любопытный]

Военные уже проработали схему такого двигателя. Но остаётся проблема перегрева летательного аппарата.

Смотрите колонку, нагрев планера.

Аэродинамические аппараты способны летать до высоты 35 км. Выше начинается перегрев планера. Единственный способ защиты это плазменная оболочка, о которой иногда упоминали в СМИ. Её существование я до сих пор не брал в расчёт, так как не было официальных подтверждений о реально существующих аппаратах применяющих плазму. Но буквально неделю назад появилась статья о раскрытии применения плазмы в ракете Метеор для защиты от радиолокации. Т. е. то что говорили о плазме можно считать за правду, а не фантазию.

Аэрокосмический летательный аппарат реально возможен, если применять:
1. Детонационные двигатели.
2. Плазменную оболочку в качестве защиты от перегрева.

[Алексей Любопытный]

blik, у вас кубик расширяющийся от горения газа идеальный. В реальности при детонации он повреждается и вычислить полезную работу (на сколько увеличатся размеры кубика) не представляется возможным.

[mihalchuk]

blik пишет:
Поэтому детонационный ЖРД перспектив не имеет.

Вывод слишком категоричен. Я вижу 2 варианте применения ДЖРД:
1. В системе построения ориентации разгонных блоков. Эта процедура выполняется 1-2, иногда 3-4 раза, и много топлива не требует. Если удастся сделать простые и лёгкие движки, работающие на основных компонентах и давлении наддува баков, пусть и с менюшим УИ, то они будут конкурентоспособны.
2. Дешёвый стартовый ускоритель на первый десяток или менее километров полёта. Главное здесь - соотношение цена/тяга, только тяга не двигателя, а ускорителя. Большой УИ также не нужен, лишнего керосина дольём. Но УИ может быть и приличный, если ДЖРД будет цеплять порции воздуха.
Беда в том, что разработчики идут иными тропами, анонсируют другие свойства, и потому могут погубить всё дело.

[Арнольд Ткачёнок]

Zveruga пишет:

В общем есть статья, которую мне не хочется искать. Противники детонационных двигателей иногда приводят её как доказательство бесперспективности детонационных двигателей. Но дело в том, что в той самой статье есть вывод, который никто не хочет читать. А в выводе написано, почему, как и что нужно делать.

[Арнольд Ткачёнок]

[vlad7308]

Зверюга все пытается законы сохранения обмануть при помощи хитрых штучек.

[Алексей Любопытный]

vlad7308,Арнольд Ткачёнок,  вам просто нужно понять, что никаких 11 кал на 1 мг в виде горячего СО2 и Н2О в реальности вы не получите.

Законы сохранения не причём. КПД причём. У сгорания есть свой КПД, который зависит от условий прохождения процесса.

[Алексей Любопытный]

Если бы всё было так просто, то инженеры не маялись бы с конструкциями двигателей, с увеличением степени сжатия, октановым числом, обогащением смеси. У нас давно бы существовали идеальные двигатели.